CN103742076A - 轴向振动器 - Google Patents

Abstract

本发明属于钻井工具领域，特别涉及一种轴向振动器。本发明利用周向振动器或脉冲发生器所产生的压力脉冲产生轴向振动。有效解决大斜度位移井、水平井钻柱的拖压问题。本发明结构简单，振动可靠。通过更换脉冲发生器，改变泥浆的压力波动，可对振动功率进行调整，适应性强。

Description

轴向振动器

技术领域

本发明属于钻井工具领域，特别涉及一种轴向振动器。

背景技术

在定向井、水平井、大位移井以及分支井钻井作业中，由于井眼轨迹存在曲率或狗腿度，钻柱在弯曲井段以下部分与井眼低边形成接触( 或托底) ，从而导致无法有效施加钻压，形成托压。一旦出现托压效应，将会大幅度降低钻井速度，形成不安全隐患，增加钻井作业风险。复杂结构井钻井托压效应的解决，是世界石油钻井科学领域中的重要基础理论课题。目前国际钻井领域在缓解钻柱滑动钻井中托压效应研究方面的前期成果可分为：减小钻柱接触压力、减小摩擦因数、振动方法释放摩阻和扭矩、增强钻机系统工作能力等4种方法。而机械振动方法是最具有前景的降低钻柱摩阻扭矩，缓解托压效应，增加钻压传送能和延伸距离的研究方向。国内钻井市场中尚无采用机械振动方法的国产定型钻井工具投产。

发明内容

为了解决缓解托压效应的机械振动钻井工具在国内领域的空白，本发明提供一种轴向振动器，可提供钻柱的轴向机械振动，有效释放定向井、水平井、大位移井以及分支井钻井作业中，由于井眼轨迹存在曲率或狗腿度，钻柱在弯曲井段以下部分与井眼低边形成接触( 或托底) 而产生的托压效应，提高钻井时效，降低钻井风险。

本发明通过如下技术方案实现：

一种轴向振动器，包括上接中心杆、内花键筒、外筒、下外筒和下接头，上接中心杆伸入内花键筒的部分与其前端螺纹连接，内花键筒后端与外筒前端螺纹连接，外筒后端与下外筒前端螺纹连接，下外筒后端与下接头螺纹连接，下接头为螺纹转换接头；上接中心杆尾端与中心管下接头前端螺纹连接；上接中心杆与外筒之间还套有一组蝶形弹簧组，蝶形弹簧组位于上接中心杆后端的外径收缩处；下外筒与中心管下接头之间形成活塞腔，中心管下接头后端的外径收缩处套有活塞，活塞与下外筒的内壁贴合滑动。

进一步的，上接中心杆与内花键筒连接处的外侧面为六边形，内花键筒相应部位的内侧面为内六边形。

进一步的，上接中心杆下部还安装有锁紧螺母，锁紧螺母位于蝶形弹簧组尾端与中心管下接头顶端之间。

进一步的，外筒与上接中心杆之间还套有隔套，隔套位于内花键筒尾端与蝶形弹簧组之间。

上述技术方案中的轴向振动器还包括密封件，该密封件分别设置在相接触的两部件之间。

本发明可与周向振动器直接连接在钻柱中共同使用，利用周向振动器所产生的压力脉冲，使泥浆产生压力波动进行激震，配合本发明的蝶形弹簧组和活塞产生轴向振动。周向振动器产生径向（沿周向360度）振动，轴向振动器产生轴向振动，共同形成一个三维振动源，有效解决大斜度位移井、水平井钻柱的托压问题，提高钻井时效，降低钻井风险。也可安装一个泥浆压力脉冲发生器，单独使用，形成独立的轴向振动源。本发明结构简单，振动可靠。通过更换脉冲发生器，改变泥浆的压力波动，可对振动功率进行调整，适应性强。

本发明利用产生轴向振动。、有效拖压问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中： 1：上接中心杆；2：内花键筒；3：外筒；4：隔套；5：中心管下接头；6：活塞；7：开口挡圈；8：下外筒；9：下接头；10：锁紧螺母；11：蝶形弹簧组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，本发明提供一种轴向振动器，包括上接中心杆1、内花键筒2、外筒3、下外筒8和下接头9，上接中心杆1伸入内花键筒2的部分与其前端螺纹连接，内花键筒2后端与外筒3前端螺纹连接，外筒3后端与下外筒8前端螺纹连接，下外筒8后端与下接头9螺纹连接，下接头9为螺纹转换接头；上接中心杆1尾端与中心管下接头5前端螺纹连接；上接中心杆1与外筒3之间还套有一组蝶形弹簧组11，蝶形弹簧组11位于上接中心杆1后端的外径收缩处；下外筒8与中心管下接头5之间形成活塞腔，中心管下接头5后端的外径收缩处套有活塞6，中心管下接头5后端端部的周向凹槽内嵌有开口挡圈7，与中心管下接头5后端的外径收缩处配合限制活塞6相对中心管下接头5的轴向移动。活塞6与下外筒8的内壁贴合滑动。

活塞6在泥浆周向振动器或脉冲发生器所产生的压力脉冲作用下产生轴向运动。压力升高时，活塞6推动中心管下接头5向左移动，压缩蝶形弹簧组11，弹簧贮能。此时活塞6的极限位置为下外筒8内侧的缩径处。压力降低时，活塞6承受的压力减少，蝶形弹簧组11释能，推动中心管下接头5和活塞6向右移动，进而带动上接中心杆1向右移动。此时上接中心杆1的极限位置为上接中心杆1上部的台肩处。如此反复，形成轴向振动。

周向振动器可产生径向（沿周向360度）振动，轴向振动器产生轴向振动，共同形成一个三维振动源，有效解决大斜度位移井、水平井钻柱的托压问题，提高钻井时效，降低钻井风险。

泥浆压力脉冲发生器可单独使用，形成独立的轴向振动源。

在上述实施例的基础上，上接中心杆1与内花键筒2连接处的外侧面为六边形，内花键筒2相应部位的内侧面为内六边形。六边形花键不仅加工工艺性好，且能够充分传递扭矩。当然，也可采用矩形花键结构等用于传递扭矩的结构。

同时，上接中心杆1下部还安装有锁紧螺母10，锁紧螺母10位于所述蝶形弹簧组11尾端与中心管下接头5顶端之间，可根据需要调节蝶形弹簧组11的预紧力。

外筒3与上接中心杆1之间还套有隔套4，隔套4位于内花键筒2尾端与蝶形弹簧组11之间。蝶形弹簧组11外径通过该隔套4作用在外筒3上，一方面可以承受蝶形弹簧组11压缩时的反作用力，述锁紧螺母10配合进行蝶形弹簧组11预紧力的调节；另一方面对外筒3与上接中心杆1之间的空隙起到一定的密闭作用。

上述技术方案中的轴向振动器还包括密封件，该密封件分别设置在相接触的两部件之间，如活塞6与下外筒8之间、下外筒8与外筒3之间、外筒3与内花键筒2之间、内花键筒2与上接中心杆1之间等，保证轴向振动器相接触两部件之间的密闭性。

本发明在钻柱中的安装位置可通过专门的软件设定，在井队的实际应用中基本上是凭各自的经验确定。不同的井型上下连接的钻具可能会有不同，大多数上下和钻杆连接。在钻井作业中，本发明最理想的安装位置为托压最严重的地方，如狗腿处。在实际作业中，根据水平段长度、狗腿曲度等实际情况确定其在钻柱中的具体位置。根据经验一般安装在水平段中段位置。

Claims (5)

1.轴向振动器，其特征在于，包括上接中心杆、内花键筒、外筒、下外筒和下接头，所述上接中心杆伸入内花键筒的部分与其前端螺纹连接，所述内花键筒后端与外筒前端螺纹连接，所述外筒后端与下外筒前端螺纹连接，所述下外筒后端与下接头螺纹连接，所述下接头为螺纹转换接头；所述上接中心杆尾端与中心管下接头前端螺纹连接；所述上接中心杆与外筒之间还套有一组蝶形弹簧组，所述蝶形弹簧组位于上接中心杆后端的外径收缩处；所述下外筒与中心管下接头之间形成活塞腔，所述中心管下接头后端的外径收缩处套有活塞，所述活塞与下外筒的内壁贴合滑动。

2.根据权利要求1所述的轴向振动器，其特征在于， 所述上接中心杆与内花键筒连接处的外侧面为六边形，所述内花键筒相应部位的内侧面为内六边形。

3.根据权利要求2所述的轴向振动器，其特征在于， 所述上接中心杆下部还安装有锁紧螺母，所述锁紧螺母位于所述蝶形弹簧组尾端与中心管下接头顶端之间。

4.根据权利要求3所述的轴向振动器，其特征在于， 所述外筒与上接中心杆之间还套有隔套，所述隔套位于内花键筒尾端与蝶形弹簧组之间。

5.根据权利要求1-4任一所述的轴向振动器，其特征在于， 还包括密封件，所述密封件分别设置在相接触的两部件之间。

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